- •Министерство образования и науки рф
- •Теоретическая часть
- •Основные понятия термодинамики
- •Энергетические характеристики системы
- •Первый закон термодинамики
- •Закон Гесса
- •Теплотворная способность топлива и пищи
- •Калорийность пищевых продуктов
- •0,18 Кг глюкозы – 2816 кДж
- •Влияние температуры и давления на величину тепловых эффектов
- •Второй закон термодинамики
- •0 Тпл Тисп т, к
- •0 Тисп т, к
- •Третий закон термодинамики (Постулат Планка)
- •Критерии направления самопроизвольного протекания химических реакций
- •Задачи для самостоятельной работы
- •Лабораторные работы по теме "термохимия"
- •1. Теплота растворения солей и её определение
- •2.Теплота гидратации соли и её определение
- •3.Теплота нейтрализации и её определение
- •Термодинамические константы некоторых веществ
- •Теплоты растворения некоторых веществ
- •Варианты домашних заданий
Энергетические характеристики системы
Внутренняя энергия-U(кДж/моль) – это энергия движения и взаимодействия всех частиц, составляющих данное вещество или совокупность веществ (молекул, атомов, ионов, ядер, электронов и др.). Под этим подразумевается потенциальная и кинетическая энергия отдельных атомов, молекул, ядер и их электронов, колебательная и вращательная энергия отдельных атомов, молекул, а также отдельных фрагментов молекул относительно друг друга, энергия взаимного отталкивания и притяжения частиц, внутриядерная энергия (энергия взаимодействия протонов и нейтронов), лучистая энергия и т.д. Внутренняя энергия – это полная энергия системы без учета кинетической энергии движения системы как целого и потенциальной энергии положения системы (например, относительно земли).
Запас внутренней энергии зависит от природы и физического состояния вещества (твердое, жидкое, газообразное) и прямо пропорционален массе вещества.
5
Абсолютное значение внутренней энергии системы неизвестно, так как неизвестны условия, при которых внутренняя энергия равна нулю. Даже при Т= 0 К остаются внутриядерные взаимодействия и движение электронов в поле ядра, так что их суммарная энергия не равна нулю, а следовательно, и внутренняя энергия тоже не равна нулю.
В то же время можно измерить ее изменение U, например, относительно некоторого значения, соответствующего стандартным условиям.
За стандартные условия в термодинамике принята температура 298 К, давление105 Па(1 атм) и концентрация вещества[C]=1 моль/л.
Считается, что если в ходе какого-либо процесса внутренняя энергия возрастает, то Uявляется положительной величиной, если убывает - то отрицательной.
Первый закон термодинамики
Этот закон является одной из форм закона сохранения энергии и имеет несколько формулировок, из которых наиболее распространенными являются: 1. Энергия не создается из ничего и не уничтожается, она лишь переходит из одной формы в другую; 2. В любом процессе тепло, поглощенное системой, идет на увеличение внутренней энергии и на совершение работы.
Первое начало термодинамики представляет собой постулат – оно не может быть доказано логическим путем, или выведено из каких-либо более общих положений. Истинность этого постулата подтверждается тем, что ни одно из его следствий не находится в противоречии с опытом. Первое начало термодинамики устанавливает соотношение между теплотой Q, работойАи изменением внутренней энергии системы ΔU.
Рассмотрим первое начало термодинамики на примере работы паровой машины.
6
Пар
∆X
Жидк.
Q
Здесь Q – подводимое к паровому котлу тепло, которое расходуется на увеличение теплосодержания жидкости и на ее испарение.
Генерируемый в котле пар давит на поршень и перемещает его на расстояние ∆X, увеличивая при этом объем рабочей камеры паровой машины на величину V = ∆XS. ЗдесьS – площадь поршня. Так, с помощью поршня совершается работа против внешних силF.
Таким образом, тепло, подводимое к системе, расходуется на увеличение внутренней энергии системы и на совершение работы. В математической форме первый закон термодинамики можно записать в виде ур. 1.
Q = U + A. (1)
Здесь А=рV,р– давление, создаваемое паром в рабочей камере паровой машины, аV – изменение ее объема.
Рассмотрим первое начало термодинамики в приложении к различным условиям (мы будем рассматривать простейший случай – паровую машину).
Изохорный процесс. (V = const; ΔV = 0). Объем рабочей камеры машины в этом случае не меняется – поршень застопорен.
Поскольку работа расширения равна произведению давления на изменение объема рV, аV= 0, то для изохорного процесса получаем:
U = QV .(2)
Как видно, в изохорных условиях (V= const) все подведенное к системе тепло расходуется только на увеличение внутренней энергии системы:А= 0;QV= ∆U.
7
Изобарный процесс.(P = const).Большинство химических процессов протекает прир = const , то есть в открытых сосудах, например в колбах, пробирках, открытых реакторах и ваннах, причем чаще всего прир= 1 атм.
Тогда подводимое к системе тепло расходуется на увеличение внутренней энергии и на совершение работы расширения газа:
Qp =U2–U1+р(V2 -V1) илиQp=U2–U1+А.
Это уравнение можно переписать в форме
Qp= (U2+рV2) - (U1+рV1); (3)
Qp= ∆H= ∆U+рV.
Из уравнения (3) следует, что подводимая в изобарных условиях к системе теплота расходуется на приращение некоторой функции состояния, которая называется энтальпией,или - энергией расширенной системы:
H = U + рV(кДж/моль). (4)
Таким образом, изменение энтальпии– это теплота, подведенная к системе при изобарном процессе (Qp= ∆H), которая расходуется на изменение внутренней энергии и на совершение работы.
Энтальпия, как и внутренняя энергия, зависит от природы, физического состояния и от количества вещества.
Условно считается, что энтальпии образования (про энтальпии образования веществ смотри ниже) простых газов, простых твердых и жидких веществ в одной из наиболее устойчивых аллотропных модификаций в стандартных условиях равны нулю. Например ∆Н°298образования:
С (графит) - (0 кДж/моль); алмаз - (1,828 кДж/моль);
Sn (белое) - (0 кДж/моль); Sn (серое) - (-2,1 кДж/моль);
Р (красный) - (-17,6 кДж/моль); Р (белый) - (0 кДж/моль);
S (ромб) - (0 кДж/моль); S (моноклинич) - (0,38 кДж/моль);
8